東北大学大学院医学系研究科・医学部

医科学専攻 公衆衛生学専攻

  • Master's Courses　
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    博士課程

Environmental Medicine and Molecular Toxicology環境医学

  • 環境医学
  • 硫黄生物学
  • 超硫黄分子
  • 統合硫黄オミックス
  • 呼気オミックス

STAFF

Professor

  • Akaike, TakaakiProfessor.M.D. Ph.D. 赤池 孝章 教授

Other Faculty / Staff

  • Morita, Masanobu
    Lect.Ph.D. 守田 匡伸 講師
  • Takata, Tsuyoshi
    Lect.Ph.D. 髙田 剛 講師
  • Ogata, Seiryo
    Assistant Prof.Ph.D. 緒方 星陵 助教
  • Jung, Minkyung
    Assistant Prof.Ph.D. 鄭 珉境 助教

CONTACT

TEL：+81-22-717-8164
E-MAIL：environmed*grp.tohoku.ac.jp
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OUTLINE

Supersulfides, such as cysteine hydropersulfide (CysSSH) and other persulfides, are widely present in the cells of most organisms, from single-celled to humans, and even in the natural environment and foodstuffs. They are believed to act as an antioxidant that protects cells from harmful free radicals, which are byproducts of normal cell activity or pollutants, and can cause various diseases such as cancer. Our group found that supersulfides were essential in supporting the mitochondrial energy metabolism, which is known as sulfur respiration, and identified them in humans and other mammals. These findings could possibly pave the way for research on how the supersulfides could help treat diseases resulting from an increase in oxidants or through mitochondria dysfunction. Particularly in terms of social implementation, we developed innovative biometric monitoring technology using breath omics. In 2020, there was also an attempt to incorporate breath omics analysis into infection prevention and control in COVID-19 pandemic. Additionally, the "Shimadzu × Tohoku University Supersulfides Life Science Co-creation Research Center" established in 2024. By identifying the properties of supersulfides involved in the aging mechanism of biological organisms, the collaboration is intended to contribute toward establishing diagnostic and treatment methods for a variety of diseases and developing foods with functional benefits that help to improve health.

生物のエネルギー代謝の起源は40億年前に出現した細菌による酸素を使わない嫌気的な硫黄呼吸である。すなわち、パースルフィドなどの超硫黄分子が、細菌・原核細胞から真核細胞・哺乳類・ヒトまで種横断的、普遍的に発現されており、生命に必須の硫黄依存型エネルギー代謝系，すなわち硫黄呼吸の担い手であることが明らかとなってきた（図1）。根本的な生命のしくみでありながら、いまだに未知のエネルギー代謝である硫黄呼吸の全容を分子から個体レベルまで解明することで、人類の健康、疾病および寿命のコントロールを可能にする生命科学のセントラルドクマの創成に挑む。特に社会実装としては、超硫黄オミックス技術をヒトの呼気分析に応用し、生体情報モニタリング技術の開発を進めている（図2）。2020年には新型コロナウイルス（SARS-CoV-2）パンデミックに対して、呼気オミックス解析を感染制御戦略に取り入れる試みも行われた。さらに、2024年には「島津製作所×東北大学 超硫黄生命科学共創研究所」が設立され、超硫黄分子の特性解明や、それに基づく疾患診断、治療、健康促進を目指した研究が進行している（図3）。

  • Evolutionary conservation of sulfur respiration in all organisms.
    図1．硫黄呼吸による生命進化の普遍性

  • Development of innovative biometric monitoring technology using breath omics
    図2. 呼気オミックスによる革新的な生体情報モニタリング技術の開発

  • Shimadzu × Tohoku University Supersulfides Life Science Co-creation Research Center
    図3. 超硫黄生命科学共創研究所（施設外観）

ARTICLE

Akaike et al., Cysteinyl-tRNA synthetase governs cysteine polysulfidation and mitochondrial bioenergetics. Nat. Commun. 8: 1177 (2017) doi: 10.1038/s41467-017-01311-y

Matsunaga T, et al. Supersulphides provide airway protection in viral and chronic lung diseases. Nat. Commun. 14: 4476 (2023) doi: 10.1038/s41467-023-40182-4.

Kasamatsu S, et al., Supersulfide catalysis for nitric oxide and aldehyde metabolism. Sci. Adv. 9: eadg8631 (2023) doi: 10.1126/sciadv.adg8631.

Nishimura A, et al., Longevity control by supersulfide-mediated mitochondrial respiration and regulation of protein quality. Redox Biol. 69: 103018 (2024) doi: 10.1016/j.redox.2023.103018.

Cui Q, et al., 2H-Thiopyran-2-thione sulfine, a compound for converting H2S to HSOH/H2S2 and increasing intracellular sulfane sulfur levels. Nat. Commun. 15: 2453 (2024) doi: 10.1038/s41467-024-46652-7.

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